670_Maglitskij_B.N._Otsenka_vlijanija_iskazhenij_i_pomekh_

6.Поясните принцип формирования ПСП.

7.Поясните зависимость характера спектра модулированного сигнала при наличии скремблирования от длины ПСП.

8.Поясните, каким образом статистические свойства цифрового сигнала сказываются на форме сигнального созвездия.

9.Какие параметры цифрового сигнала и при каких условиях могут ухудшить работу цифровой системы радиосвязи при отсутствии скремблирования?

10.В каких точках тракта передачи цифровой системы радиосвязи устанавливаются скремблер и дескремблер?

11.С какой целью в ЦСРС применяется помехоустойчивое кодирование?

12.Какие параметры цифрового сигнала изменяются при введении помехоустойчивого кодирования?

13.Какие помехоустойчивые коды Вы знаете?

14.Поясните принцип блочного кодирования.

15.Поясните принцип формирования ЦС при использовании кода Рида – Соломона.

16.Поясните смысл термина «избыточность».

17.Поясните смысл термина «скорость кодирования».

18.Поясните принцип работы сверточных кодов.

19.Назовите и поясните основные параметры помехоустойчивых кодов.

20.Какие коды обладают наибольшей эффективностью?

21.Поясните, каким образом изменение скорости кодирования влияет на спектр модулированного сигнала.

22.Поясните смысл термина «эффективность кодирования».

2.4.Лабораторная работа №4 «Исследование помехоустойчивости ЦСРС

спомехоустойчивым кодированием»

Цель работы:

1.Изучение принципов блочного кодирования в ЦСРС;

2.Анализ помехоустойчивости ЦСРС с кодеком Рида – Соломона в канале с

AWGN.

Подготовка к работе:

По рекомендуемой литературе изучить принципы блочного кодирования и основные параметры блочных кодов.

Выполнение работы:

1 Сборка модели цифровой системы радиосвязи и установка исходных параметров

1.1Запустите MATLAB. Откройте модель ЦСРС «сoder_rs» из библиотеки.

1.2Модель для проведения анализа помехоустойчивости ЦСРС с кодеком Рида – Соломона в канале с AWGN. (рисунок 4.1)

71

	Bernoulli				Channel
	Binary							Modulator
					Coding
	Generator

Error				Channel
Rate							Demodulator			AWGN
				Decoding
Calculation

				Eb/N0				0
	0.000
				M				0
	Display
				N				0
				K				0

Рисунок 4.1. – Исследуемая модель

В модели используются следующие блоки:

Генератор псевдослучайной последовательности импульсов Бернулли

(Bernulli binary generator): Communications Blockset - Comm Sources;

Блок канального кодирования (ChannelCoding)

Блок модулятора (Modulator): Communications Blockset-Modulation- Digital Dasedand Modulation;

Канал с аддитивным белым Гауссовским шумом (Additive white Gaussian noise channel, AWGN channel): Communications Blockset – Channels.

Блок демодулятора (Demodulator): Communications Blockset - Modula- tion-Digital Basedand Modulation;

Блок канального декодирования (Channeldecoding);

Счетчикошибок (Error rate calculation);

Дисплей для отображения значения коэффициента ошибок (Display); Дисплеи для отображения параметров модели (Eb/N0; M, N, K):

–Eb/N0 – нормированное отношение сигнал/шум;

–М – позиционность модуляции;

–К – длина блока данных на входе кодера;

–N- длина блока данных на выходе кодера.

По умолчанию при запуске модели устанавливаются следующие параметры модели: Eb/N0 = 20 дБ; М = 16; К = 7; N= 15.

72

Параметры конфигурации: Start = 0.0; Stop = inf.

Канальный кодер (ChannelCoding)состоит из трех блоков (рисунок 4.2):

Кодер Рида-Соломона (Integer-Input RS Encoder): Communications Blockset –Error Detection and Correction - Blok

Перемежитель (Random Interleaver): Communications Blockset – Interleaving - Blok;

Cкремблер (Scrambler): Communications Blockset – Sequence Operations

In		FEC							Out
					Interleaver			Scrambler
		Encoder

Рисунок 4.2. – Структура канального кодера

Коды Рида-Соломона (Reed - Solomon codes – RS codes) – это широко используемый подкласс кодов БЧХ. При использовании кодов Рида-Соломона данные обрабатываются кадрами по m бит, именуемыми символами. Код (n, k) характеризуется следующими параметрами:

	Длина символа	m бит
	Длина блока	n = (2m – 1) символов = m(2m – 1) бит
	Длина блока данных	k символов
	Размер контрольного кода	n - k = 2t символов = m(2t) бит
	Минимальное кодовое расстояние	dmin = (2t + 1) символов

Таким образом, алгоритм кодирования расширяет блок k символов до размера n, добавляя (n - k) избыточных контрольных символов. Как правило, m является степенью 2. Широко используется значение т = 8.

Рассмотрим пример. Пусть t =1, т = 2. Обозначая символы как 0, 1, 2, 3, их двоичные эквиваленты можно записать как 0 = 00; 1 = 01; 2 = 10; 3 = 11. Код

имеет следующие параметры:

n = 22 – 1 = 3 символа = 6 бит, n - k = 2 символа = 4 бит.

С помощью данного кода можно исправить любой пакет ошибок, который искажает 2-х битовый символ.

Коды Рида-Соломона удобны для исправления пакетов ошибок. Данный тип кодов характеризуется высоко - эффективным использованием избыточности, длина блоков и размеры символов могут легко приспосабливаться под сообщения разных размеров. Кроме того, для таких кодов существуют эффективные методы декодирования.

На рисунке 4.3 показана структура блока Channeldecoding:

Дескремблер (Descrambler): Communications Blockset – Sequence Opera-

tions;

Деперемежитель (Random Deinterleaver): Communications Blockset –

73

Interleaving - Blok;

Декодер Рида-Соломона (Integer-Input RS Decoder): Communications

Blockset –Error Detection and Correction – Blok;

In		Descrambler			Deinterleaver			Decoder	Out

Рисунок 4.3. – Структура блока Channeldecoding

1.3.Введите значение позиционности модуляции М=4. Запустите модель убедитесь в ее правильной работе.

1.4.Запустите графический интерфейс BERТool, используемый для статистической обработки моделей командой BERТool через командную строку MATLAB (рисунок 4.4)

Рисунок 4.4. – Графический интерфейс BERТool

1.4.1.Проведите анализ помехоустойчивости системы радиосвязи в следующей последовательности:

В появившемся окне выберите вкладку «Monte Carlo» и с помощью кнопки Browse укажите путь к исследуемой модели, нажмите кнопку «Open»;

Измените значение поля BER variable name на “BER”;

74

Задайте исследуемый диапазон отношения Eb/N0 от 0 до 10 дБ и шаг изменения 1 дБ. Для этого в поле Eb/N0range нужно записать значения

«0:1:10» ;

Измените значение поля Number of bits на «1е5»;

Запустите анализ модели, нажав кнопку Run (анализ может занять не-

сколько минут!). Текущее значение сигнал шум отображается в нижней строке окна BERТool.

Подпишите полученную зависимость.

Окно параметров BERТool с выбранными параметрами приведено на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5. – Окно параметров BERТool

ПРИМЕЧАНИЕ .Для того, чтобы скрыть график BERTool необходимо убрать флажок «plot» в строке с набором данных.

Для того, чтобы изменить название графика BERTool необходимо выделить ячейку в столбце «BER data set» в окне «BERTool», нажать клавишу F2 и ввести имя графика.

1.4.2.Введите значения параметров кода: K=25 и N=31. Получите зависимость

Кош = f(Eb/N0)

1.4.3.Зарисуйте полученные зависимости в отчет по работе и объясните полу-

ченный результат

1.5. Выберите вкладку Theoretical, установите соответствующие параметры модели и получите теоретическую зависимость Кош = f(Eb/N0).

1.5.1.Зарисуйте полученные зависимости в отчет по работе и объясните полученный результат.

75

1.5.2.Используя интерфейс BERTool, проведите оценку выигрыша кодирования для кода Рида – Соломона при параметрах кода, используемых в лабораторной работе.

1.5.3.Закройте все окна и исследуемую модель

Содержание отчета по лабораторной работе:

1.Схема исследуемой модели.

2.Результаты анализа помехоустойчивости в виде графиков.

3.Выводы по результатам проведенного анализа.

Контрольные вопросы:

1.Поясните основные понятия и принципы помехоустойчивого кодирова-

ния

2.Особенности кода Рида-Соломона

3.Параметры сверточных кодов

4.Объяснить понятие «выигрыш за счет применения помехоустойчивого кодирования»

2.5.Лабораторная работа №5 «Исследование помехоустойчивости методов модуляции в цифровых системах радиосвязи»

Цель работы

1.Изучение алгоритмов формирования 2-х позиционных и многопозиционных модулированных сигналов;

2.Анализ влияния методов модуляции на помехоустойчивость ЦСРС в канале с AWGN;

Подготовка к работе

1.По указанной литературе изучить алгоритмы формирования сигналов с фазовой (BPSK, PSK-8, PSK-16) и квадратурной амплитудной (QPSK, QAM- 16,QAM-64) модуляцией, а также сигналов с BFSK;

2.Подготовить бланк отчета по лабораторной работе;

3.Подготовить ответы на контрольные вопросы.

4.

Выполнение лабораторной работы

1. Сборка модели цифровой системы радиосвязи и установка исходных параметров

1.1. Запустите MATLAB;

76

1.2. Используя блоки библиотеки Simulink соберите базовую схему модели для проведения исследования приведена на рисунке 5.1

Tx

Bernoulli

M-PSK

AWGN

M-PSK

Error

Binary

Modulator

Demodulator

Rate

Channel

Rx

Generator

Baseband

Baseband

Calculation

Discrete Time		Discrete Time
Scatter Plot		Scatter Plot
Scope		Scope			Display

Рисунок 5.1. – Схема базовой модели для проведения исследований

Модель содержит следующие блоки:

Имитатор цифрового сигнала (блок Bernoulli Binary Generator:

Communications Blockset – Com Souerces – Random Data Souerces);

Блок универсального модулятора в основной полосе частот M-PSK Modulator Baseband (М – позиционность модуляции): Communications Blockse t– Modulation – Digital Basedand Modulation – PM;

Блок универсального демодулятора в основной полосе частот M-PSK Demodulator Baseband (М – позиционность модуляции): Communications Blockset– Modulation – Digital Basedand Modulation – PM;

Блок AWGN Channel: Communications Blockset – Channels.

Блок наблюдения сигнальных созвездий Discrete-Time Scatter Plot Scope: Communications Blockset – Comm Sinks;

Счетчик ошибок (блок Error Rate Calculation): Communications Blockset

– Comm Sinks;

Индикатор значений коэффициента ошибок (блок Display): Simulink –

Sinks.

2.Исследование энергетической эффективности методов фазовой модуляции

2.1.Установите параметры блоков модели, соответствующие методу модуляции BPSK (таблица 5.1);

77

Таблица 5.1. – Исходные параметры блоков модели

Блок Bernoulli Binary Generator

	M – ary number		2
	Initial seed		61
	Sample time		1
	Frame based outputs			флажок
	Samples per Frame		3
	Output data type			double
	Блок M-PSK Modulator Baseband
	Вкладка Main:
	M-ary Number		2
	Phase offset (rad)		0
	Constellation ordering			Binary
	Input type			Bit
	Вкладка Data Types:			double
	Output data type
	Блок M-PSK Demodulator Baseband
	Вкладка Main:
	M-ary Number		2
	Phase offset (rad)		0
	Constellation ordering			Binary
	Output type			Bit
	Decision type			Hard decision
	Вкладка Data Types:
	Output			Inherit via internal rule
	Derotate factor			Same Word length as input
		Блок AWGN
	Initial seed		67
	Mode			Signal to noise ratio
	Eb/N0, дБ			По ходу выполнения работы
	Number of bits per symbol		1
	Symbol period		1
	Блоки Discrete Time Scatter Plot
	Samples per Symbol		1
	Off set		0
	Points displayed		400
	New poits per display		1

Блок Error Rate Calculation

78

Receive delay		0
Computation delay		0
Computation mode		Entire frame
Output data		Port
Stop simulation		Галочка
Target number of erros		1000
Maximum number of symbols		1e5
Блок Display
Format		Short_e
Параметры модели (Simulation)
Start time		0.0
Stop time		inf
Type		Variable-step

2.1.1.Снимите зависимость Кош = f(Eb/No), изменяя отношение Eb/No в пределах от 0 до 9 дБ с шагом 1 дБ;

2.1.2.Остановите работу модели;

2.1.3.В отчете по работе постройте полученную зависимость Кош =

f(Eb/No);

2.1.4.Установите значение Eb/No = 8 дБ;

2.1.5.Запустите модель и проанализируйте сигнальные созвездия на выходе модулятора и выходе канала с AWGN. Зафиксируйте в отчет полученные диаграммы.

2.1.6.Остановите работу модели.

2.2.Установите параметры блоков модели, соответствующие методу модуляции PSK – 8, для чего внесите изменения параметров блоков базовой модели (таблица 5.2);

Таблица 5.2. – Параметры блоков базовой модели для PSK - 8

Блок Bernoulli Binary Generator

	Initial seed		61
	Sample time		1
	Frame based outputs		флажок
	Samples per Frame		3
	Output data type		double
	Блок M-PSK Modulator Baseband
	Вкладка Main:
	M-ary Number		8
	Phase offset (rad)		0
	Constellation ordering		Binary
	79

Input type		Bit
Вкладка Data Types:
Output data type		double
Блок M-PSK Demodulator Baseband
Вкладка Main:
M-ary Number		8
Phase offset (rad)		0
Constellation ordering		Binary
Output type		Bit
Decision type		Hard decision
Вкладка Data Types:
Output		Inherit via internal rule
Derotate factor		Same Word length as input
Блок AWGN
Initial seed		67
Mode		Signal to noise ratio
Eb/N0, дБ		По ходу выполнения работы
Number of bits per symbol		3
Symbol period		3
Блоки Discrete Time Scatter Plot
Samples per Symbol		1
Off set		0
Points displayed		400
New poits per display		1
Блок Error Rate Calculation
Receive delay		0
Computation delay		0
Computation mode		Entire frame
Output data		Port
Stop simulation		Галочка
Target number of erros		1000
Maximum number of symbols		1e5
Блок Display
Format		Short_e
Параметры модели (Simulation)
Start time		0.0
Stop time		inf
Type		Variable-step
80